биохимия

Ензимите са катализатори на биохимичните процеси, протичащи в живите организми и поради това често се наричат ​​биокатализатори. Тъй като те са вещества с протеиново естество, те се образуват, подобно на други протеини, чрез протеосинтеза, която се регулира според изискванията на клетката и организма. Ензимите се разцепват от протеинази и имат своя биологичен полуживот. Ензимните молекули имат определено пространствено разположение - конформация. Това позволява на определени аминокиселинни странични вериги да се доближат една до друга и да образуват т.нар. активно място ензим. Субстратът (S) (веществото, което трябва да се преобразува) се свързва с това място, образува се лабилен междинен продукт - ензимен комплекс. субстрат (ES), който спонтанно се разлага в реакционния продукт (P) и ензима (E). Ензимите ускоряват стабилизация химическа равновесна реакция чрез намаляване на енергията на активиране - Да (Фиг. 1).

Ензимите често съдържат и протеинов компонент, протезна група или коензим (Фиг. 2). Протеиновият компонент на ензима (холоензим) се нарича апоензим. Коензимът се свързва слабо с апоензим и може да се разграничи от него. Протезната група не се освобождава от апоензима, но е здраво прикрепена към него. В момента често се използва по-общ термин кофактор, което не прави разлика между метода на свързване.

Ензим (холоензим) = апоензим + кофактор (протетична група, коензим)

Съдържание

  • 1 Разделяне и каталитична активност на ензимите
    • 1.1 Изразяване на ензимната активност
  • 2 Кинетика на ензимните реакции
    • 2.1 Определяне на км
    • 2.2 Видове инхибиране на ензимната активност
  • 3 Фактори, влияещи върху скоростта на ензимната реакция
    • 3.1 Концентрация на субстрата
    • 3.2 Концентрация на ензима
    • 3.3 Влияние на температурата върху ензимната активност
    • 3.4 Ефект на рН върху ензимната активност
  • 4 Ензими в клиничната диагностика
    • 4.1 Изоформи на ензимите
    • 4.2 Ензими в кръвта
    • 4.3 Фактори, влияещи върху активността на ензимите в кръвта
    • 4.4 Диагностично важни ензими
    • 4.5 Разпределение на диагностично важни ензими в тъканите

Разпределение и каталитична активност на ензимите редактиране на източника]

Следващата таблица (Таблица 1) ясно изброява отделните класове ензими и схематично показва техните ефекти (вида реакция, която отделните ензими катализират). Таблицата също дава примери за няколко конкретни кофактора.

Изразяване на ензимната активност редактиране на източника]

Ензимните дейности се изразяват в единици съгласно препоръките на Systeme International d'Unides (SI) и IFCC (Азмеждународна Fизчезване на ° Слинична ° Схимия). Единицата за изразяване на ензимната активност в системата SI е катал (котка), която най-често се използва на литър биологична течност.

Определение: 1 котка е ензимна активност, която преобразува 1 мол субстрат за 1 s.

В професионалната биохимична, както и в медицинската практика, все още срещаме Международната единица U, която е била официално използвана до 1980 г. Международната единица U се определя като активност на ензим, който превръща 1 µmol субстрат за 1 min при 25 ° C. Тъй като тя все още се използва, представяме основно взаимно преобразуване на тези единици:

Кинетика на ензимните реакции редактиране на източника]

Константата на Михаелис (Km) се определя като концентрацията на субстрата, при която скоростта на ензимно катализираната реакция се намалява наполовина. Km е основната кинетична константа, която е характерна за всяка двойка ензим-субстрат при определени условия (рН, температура, състав на реакционната смес и др.). Тя се изразява чрез връзката на модифицираното уравнение на Michaelis-Menten:

Определяне на км редактиране на източника]

Km може да се определи (фиг. 3):

  • от графично представяне на зависимостта на скоростта на реакцията от концентрацията на субстрата, като някои трудности са причинени от определянето на максималната скорост с достатъчна точност
  • чрез коригиране на уравнението на Michaelis-Menten, при което хиперболичната зависимост се преобразува в линейна, получаваме по-точна връзка за изчисляване на Km. Най-често срещаната е настройката според Lineweaver и Burke, при която се оценяват обратните стойности на скоростта и концентрацията на основата.

(Vmax - максимална скорост, Km - константа на Михаелис - предположението е, че [E] = постоянна.)

Видове инхибиране на ензимната активност редактиране на източника]

Ензимите се характеризират с висока специфичност за субстрата (субстратна специфичност) и вида на катализираната реакция (специфичност на ефекта). Тяхната активност може да се промени бързо в зависимост от нуждите на клетката и на целия организъм. Активатори стимулират и инхибитори инхибират скоростта на ензимните реакции. Инхибирането може да бъде обратимо и необратимо. Обратимото инхибиране, за разлика от необратимото инхибиране, е нековалентно свързване на инхибитора с познато конкурентно, неконкурентно и неконкурентно инхибиране. На фиг. 4 показва разграничението между конкурентен и неконкурентен инхибитор.

Следващата фигура (Фиг. 5) показва ефекта на концентрацията на субстрата (S) върху скоростта (v) на ензимната реакция в зависимост от инхибитора и зависимостта на Km от вида на инхибирането:

(синя линия без инхибитор, червена с инхибитор - конкурентна вляво и неконкурентна вдясно)

Фактори, влияещи върху скоростта на ензимната реакция редактиране на източника]

В живата клетка ензимите са подредени така, че отделните реакции да следват гладко една друга, така че често образуват т.нар мултиензимни комплекси. В сравнение с неорганичните катализатори, ензимите са много по-ефективни, но и по-чувствителни към външни влияния (температура, pH и др.). Ензимно катализираните реакции протичат в жив организъм (дори в епруветка) с различна скорост, която зависи от:

  • концентрация на субстрата
  • ензимна концентрация
  • температура
  • реакционна среда (pH)
  • наличието на активатори и инхибитори

Концентрация на субстрата редактиране на източника]

Концентрацията на субстрата, при която скоростта на реакцията на ензимно катализираната реакция съответства на половината от стойността на максималната скорост, се нарича Константа на Михаелис - км ензим от дадена реакция (фиг. 3).

Концентрация на ензима редактиране на източника]

За скорост Vmax ензимна реакция при високи субстратни концентрации:

Всички експерименти за определяне на ефекта на ензимната концентрация върху скоростта на реакцията трябва да се извършват с излишък от субстрат, където реакцията вече не зависи от ефекта от неговата концентрация.

Влияние на температурата върху ензимната активност редактиране на източника]

Друг важен фактор, който влияе върху каталитичната активност на ензима, е температура (Фиг. 6). С повишаване на температурата активността на ензимите се увеличава (приблизително 20-50 ° C) приблизително два пъти. При по-високи температури скоростта на реакцията постепенно намалява, тъй като ензимите денатурират (с малки изключения - напр. Ензими на термостабилни бактерии). Нарича се температурата, при която ензимът показва максимална активност температурен оптимум ензим. За повечето ензими температурният оптимум е от порядъка на 35-45 ° C. При температури около точката на замръзване реакциите почти не се провеждат. Дълбокото замразяване до -20 ° C се използва за съхранение на биологичен материал, когато ензимните реакции са напълно спрени.

Ефект на рН върху ензимната активност редактиране на източника]

Един от факторите, който значително влияе върху активността на ензима, е рН стойност заобикаляща среда. Използването на силно киселинни или силно алкални разтвори може да причини денатурация на ензима и по този начин загуба на биологични свойства. По-малко драстичните промени в рН на околната среда засягат дейността чрез промяна на степента на дисоциация на функционалните групи на ензима и субстрата или чрез промяна на конформацията на ензимната молекула. Това променя способността на субстрата да се свързва с ензима. Повечето ензими показват максимална активност в диапазона на рН 5-8 и тази област се измива с оптималното рН. Разбира се, има изключения и някои ензими имат рН-оптимум при значително различни стойности, напр. за пепсин е рН 1,5–2,5 или за алкална фосфатаза 9,5–9,7. Графично изразената зависимост на скоростта на реакцията от рН обикновено има формата на камбанна крива с пик при оптимално рН (фиг. 7).

Каталитичната активност на ензима също се влияе от промяна в йонната сила на разтвора и състава на буфера, редокс условия, йонизиращо лъчение или добавянето на инхибитори или активатори.

Ензими в клиничната диагностика редактиране на източника]

Ензимите в клетките влияят на биологичните процеси, като участват в регулирането на метаболитните и функционалните процеси. Увреждането на клетките може да доведе до промени в ензимната активност и след увреждане на клетките ензимите могат да се освободят в кръвта. От гледна точка на самите биохимични методи е необходимо да се оцени динамиката на откритите промени при пациента и не е възможно да се разчита само на оценката на един изследван параметър.

Ензимни изоформи редактиране на източника]

Определянето на изоензимите е важно за увеличаване на диагностичната специфичност. Ние различаваме истински изоензими, които са кодирани от различни структурни гени и псевдоизоензими, които имат една и съща генетична основа, но се различават чрез пост-транслационни модификации (пост-транслационни варианти, напр. ALP - псевдоизоензими жлъчни пътища, туморни клетки). Образуват се истински изоензими:

  • чрез модифициране на гени в различни локуси (еднакви при всички хора, възникнали по време на еволюцията), напр. изоензими AST - митохондриални, цитоплазмени или ALP - чревни, тъканни неспецифични (черен дроб, кости, бъбреци), плацентарни, фетални;
  • чрез модифициране на гени в един и същ локус, различни алели (вродени генни вариации), напр. глюкоза-6-β-дехидрогеназата е изолирана от еритроцитите на различни хора в повече от 150 изоформи;
  • като т.нар хибридни изоензими чрез комбиниране на поне 2 субединици, кодирани от различни структурни гени, напр. лактат дехидрогеназа (LD, фиг. 8), съдържаща субединици H (сърце) и L (мускул) или креатин киназа (CK, фиг. 9), съставени от субединици B (мозък) и M (мускул).

Използване на определяне на серумни изоензими

Изоензимите катализират същата реакция, но техните молекули се различават по своите физикохимични, кинетични и имунологични свойства. Тези разлики могат да се проявят, например, чрез връзката на изоензимите с инхибиторите, в специфичността на катализираните реакции, в различна устойчивост на денатуриращи ефекти, имат различни рН оптимуми и се различават в протеиновия компонент.

Ензими в кръвта редактиране на източника]

Определянето на активността на серумните ензими, заедно с други методи на клинична биохимия, е един от важните тестове, които помагат на лекаря да определи или потвърди диагнозата и да информира за хода на заболяването. За да се интерпретира правилно стойностите на ензимната активност, е необходимо да се знаят факторите, които влияят върху тяхната серумна активност и които също определят целесъобразността на тестването на определени ензими по време на заболяването.

Фактори, влияещи върху активността на ензимите в кръвта редактиране на източника]

Произход и роля на ензимите

Намерените в плазмата ензими могат да бъдат разделени на тайно а клетъчен. Секреторни ензими се освобождават в околната среда и могат да бъдат разделени на:

  • функционални плазмени ензими - тяхната роля е да катализират реакциите, протичащи в кръвния поток. Те включват например ензимни комплекси, участващи в съсирването на кръвта. Някои от тези ензими се произвеждат в черния дроб и следователно тяхната активност в плазмата намалява, когато той е повреден.
  • функционални GIT ензими (специфични) - катализират реакциите, протичащи в GIT и по този начин позволяват храносмилането и усвояването на хранителните компоненти. Тази група включва напр. панкреатични ензими (напр. амилаза, липаза, трипсин). Ако има препятствие по пътищата, през които тези ензими навлизат в храносмилателния тракт, или ако има по-голямо увреждане на клетките, в които се образуват, активността на тези ензими в серума се увеличава.

Клетъчни ензими те представляват голяма група ензими, които играят роля в клетъчния метаболизъм и навлизат в кръвообращението, когато се разпадат или са повредени. Тяхната активност в серума се увеличава значително, когато органите, от които идват, са повредени. Това включва напр. транаминази, креатин киназа, глутамат дехидрогеназа. Малка част от тези ензими се освобождават в кръвта дори при физиологични условия.

Дейности на отделни ензими в клетките Специфичните роли на органите и клетките са тясно свързани с техния метаболизъм. Следователно различните органи и клетки също съдържат различни количества ензими (Таблица 2). Различните дейности на ензимите в органите са сред основните фактори, от които зависи и промяната в тяхната серумна активност. Поради постоянното преустройство на органи, можем да докажем тяхната активност в серум дори при физиологични условия.

Раздел. 2 Дейности на избрани ензими

Следващата таблица изброява избрани клинично значими ензими.

Разпределение на диагностично важни ензими в тъканите редактиране на източника]

Следващата таблица показва разпределението на избрани клинично значими ензими.

Ензим ACP ALP AMS ALT AST CK GMT CHS LD LPS
Еритроцити ** * *
Кости * **
Скелетна мускулатура * * ** *
Миокард * ** *
Бъбреци * * * *
Панкреас ** * ** ***
Черен дроб * * *** *** *
Простата ***
Жлъчен тракт **

LD е пример за ензим, който се среща не само в тъкани, способни на анаеробен метаболизъм (еритроцити, мускули), но и в органи, в които лактатът се окислява чрез пируват и ацетилCoA (сърце, неврони) или глюконеогенеза (черен дроб). Повишените нива на LD в плазмата могат да показват увреждане на такъв орган, което може да се използва за диагностика. Серумен CK се получава от 96% от скелетната мускулатура и 4% от миокарда. Когато скелетните мускули са повредени, общата активност на CK се увеличава. При съмнение за миокарден инфаркт е важно да се изключи увреждане на скелетните мускули.